专利名称：浅表组织超声热疗系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种生物医学工程技术领域的系统，具体是一种浅表组织超声热 疗系统。
背景技术：
利用超声、射频或微波等物理因子的生物效应进行研制的热疗系统用于治疗组织 是继外科手术、放疗及化疗后的又一常规治疗手段。超声热疗易于达到组织组织的均勻加 热，疗效良好，无副作用，且无电离或电磁辐射，既不会对医务人员带来健康损害也不会造 成环境的污染，是一种新兴有效的治疗组织的手段。在动物试验和临床研究表明，在浅表组 织治疗中，超声热疗同样是有效手段之一，其不仅对组织细胞具有直接杀伤作用，而且能增 强组织细胞对化疗和放疗的敏感性。经对现有文献检索发现，中国专利申请号为=01144259. X，名称为超声波妇科及 皮肤病变治疗仪，该技术通过控制单元实现电功率自适应控制，但是该技术存在明显的不 足第一，驱动组合聚焦超声治疗头的高频电功率缺乏有效的监控，即系统只能判别其电功 率的有无，而无法明确探测其高频电功率的数值大小，进而可能当电功率数值失控时造成 对浅表组织的损伤或达不到预期效果，也就是说，安全性有待进一步提高；第二，电信号产 生部分大多采用模拟技术实现，这样在脉宽、频率及幅度等指标上的误差较大且调整不变， 不利于系统动态实时精确地控制，也就是说，控制有效性有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种浅表组织超声热疗系统， 本发明可有效地监测和精确地调整系统高频电功率的数值大小，进而提高了在浅表组织超 声热疗过程中的安全性和有效性。本发明是通过以下技术方案实现的本发明包括计算机、微控制器、数字频率合成单元、滤波及前置放大单元、功率放 大器、功率反馈监测回路和组合聚焦超声治疗头，其中计算机与微控制器相连传输参数设 定信息，微控制器与数字频率合成单元相连传输控制信息，数字频率合成单元与滤波及前 置放大单元相连传输离散化的脉宽幅度调制信息，滤波及前置放大单元与功率放大器相连 传输脉宽幅度调制的模拟量信息，功率放大器与组合聚焦超声治疗头相连传输电功率值信 息，功率反馈监测回路的一端与微控制器相连传输脉宽信息，功率反馈监测回路的另一端 与功率放大器相连传输电功率值信息。所述的功率反馈监测回路用于采集取样高频电功率，该回路包括取样及衰减单 元、检波处理单元与脉宽处理单元，其中取样及衰减单元与功率放大器相连传输电功率值 信息，检波处理单元与取样及衰减单元相连传输衰减后的幅度信息，脉宽处理单元与检波 处理单元相连传输脉宽信息，微控制器与脉宽处理单元相连传输脉宽的数字量信息。所述的取样及衰减单元是变压器。
所述的数字频率合成单元用于产生脉宽幅度调制的驱动信号，该单元包括SPI 接口模块、分频电路、相位累加器、地址选择器、地址锁存器、波形输出模块和内部存储器， 其中SPI接口模块与相位累加器相连传输频率控制字信息，相位累加器与地址选择器相 连传输内部存储器的地址信息，地址锁存器与地址选择器相连传输内部存储器的地址信 息，地址选择器与内部存储器相连传输内部存储器的地址信息，内部存储器与波形输出模 块相连接传输脉宽信号数字量信息，分频电路与相位累加器相连传输基准时钟信号。与现有技术相比，本发明的有益效果是克服了传统超声热疗系统只能凭医生经 验来控制治疗效果的不足，本发明可有效地监测和精确地调整高频电功率的数值大小，进 而提高了在浅表组织超声热疗过程中的治疗质量。
图1为本发明的系统组成示意图；其中1-计算机；2-微控制器；3-数字频率合成单元；4-滤波及前置放大单元； 5-功率放大器；6-功率反馈监测回路；7-取样及衰减单元；8-检波处理单元；9-脉宽处理 单元；10-组合聚焦超声治疗头。图2为本发明的数字频率合成单元的构成示意图；其中ll-Spi接口模块；12-分频电路；13-相位累加器；14-地址选择器；15-地 址锁存器；16-波形输出模块；17-内部存储器。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的系统进一步描述本实施例在以本发明技术方案为前提 下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述 的实施例。实施例如图1所示，本实施例包括包括计算机1、微控制器2、数字频率合成单元3、滤 波及前置放大单元4、功率放大器5、功率反馈监测回路6和组合聚焦超声治疗头10，其中 计算机1通过通用高速总线接口与微控制器2相连传输参数设定信息，微控制器2与数字 频率合成单元3相连传输控制信息，数字频率合成单元3与滤波及前置放大单元4相连传 输离散化的脉宽幅度调制信息，滤波及前置放大单元4与功率放大器5相连传输脉宽幅度 调制的模拟量信息，功率放大器5与组合聚焦超声治疗头10相连传输电功率值信息，功率 反馈监测回路6的一端与微控制器2相连传输脉宽信息，功率反馈监测回路6的另一端与 功率放大器5相连传输电功率值信息。所述的微控制器2的型号为ATMegal6。所述的滤波及前置放大单元4的型号为AD8002。所述的功率放大器5的型号为RCP-100W。所述的功率反馈监测回路6用于采集取样高频电功率，该回路包括取样及衰减 单元7、检波处理单元8与脉宽处理单元9，其中取样及衰减单元7与功率放大器5相连传 输电功率值信息，检波处理单元8与取样及衰减单元7相连传输衰减后的幅度信息，脉宽处 理单元9与检波处理单元8相连传输脉宽信息，微控制器2与脉宽处理单元9相连传输脉宽的数字量信息。所述的取样及衰减单元7是变压器。所述的检波处理单元8的型号为AD8002。所述的脉宽处理单元9的型号为Intel8253。如图2所示，所述的数字频率合成单元3用于产生脉宽幅度调制的驱动信号，该单 元包括SPI接口模块11、分频电路12、相位累加器13、地址选择器14、地址锁存器15、波形 输出模块16和内部存储器17，其中SPI接口模块11与相位累加器13相连传输频率控制 字信息，相位累加器13与地址选择器14相连传输内部存储器的地址信息，地址锁存器15 与地址选择器14相连传输内部存储器的地址信息，地址选择器14与内部存储器17相连传 输内部存储器17的地址信息，内部存储器17与波形输出模块16相连接传输脉宽信号数字 量信息，分频电路12与相位累加器13相连传输基准时钟信号。本实施例中数字频率合成单元3的型号为Flexl0K10，其内部各模块均由硬件描 述语言VHDL编程实现，微控制器2将调整后的波形数据通过总线复用方式经地址锁存器15 及地址选择器14存入内部存储器17中，然后微控制器2将频率控制字通过SPI接口模块 11传送给相位累加器13，最后相位累加器13根据频率控制字经地址锁存器15及地址选择 器14读取内部存储器17的数据进而传送给波形输出模块16。另外，分频电路12用来产生 使相位累加器13正常工作并控制其精度和波形质量的基准时钟(50MHz)。本实施例的工作过程是1)计算机1经通用高速总线接口将功率、频率、脉宽等设定参数传送到微控制器 2，微控制器2根据设定的参数输出相应的指令控制数字频率合成单元3以产生精确的包括 脉宽、频率和幅度的离散信号；该离散信号再经滤波和前置放大单元4后驱动功率放大器5 产生高频大功率电信号；2)高频大功率电信号一方面激励组合聚焦超声治疗头10，另一方面反馈至取样 及衰减单元7，取样及衰减单元7将其变换为小信号后送至检波处理单元8 ；检波处理单元 8输出有效信号再经脉宽处理单元9进行转换，然后输出至微控制器2能够接受并处理的数 字信号；3)微控制器2内部根据接收的数字信号和原先设定的参数进行电功率等参数调 整和修正，一方面将调整信息通用高速总线接口传送给计算机1以便实时监控，另一方面 根据修正调整后新参数输出的相应指令控制数字频率合成单元3直至电功率信号在可控 的设定指标范围内；如果微控制器2接收的反馈数字信号和原先设定的参数基本一致，则 不需调整。本实施例结构新颖且方案合理，采用了功率反馈监测回路6进行电功率的自适应 控制，提高了治疗的安全性和可靠性；另外将当今先进的数字频率合成技术融入控制装置 的研制中，提高了功率、频率、脉宽等技术参数的精度，从而增强了治疗的有效性。
权利要求
一种浅表组织超声热疗系统，包括计算机、微控制器、滤波及前置放大单元、功率放大器和组合聚焦超声治疗头，其特征在于，还包括数字频率合成单元，其中计算机与微控制器相连传输参数设定信息，微控制器与数字频率合成单元相连传输控制信息，数字频率合成单元与滤波及前置放大单元相连传输离散化的脉宽幅度调制信息，滤波及前置放大单元与功率放大器相连传输脉宽幅度调制的模拟量信息，功率放大器与组合聚焦超声治疗头相连传输电功率值信息功率反馈监测回路的一端与微控制器相连传输脉宽信息，功率反馈监测回路的另一端与功率放大器相连传输电功率值信息；所述的数字频率合成单元产生脉宽幅度调制的驱动信号，该单元包括SPI接口模块、分频电路、相位累加器、地址选择器、地址锁存器、波形输出模块和内部存储器，其中SPI接口模块与相位累加器相连传输频率控制字信息，相位累加器与地址选择器相连传输内部存储器的地址信息，地址锁存器与地址选择器相连传输内部存储器的地址信息，地址选择器与内部存储器相连传输内部存储器的地址信息，内部存储器与波形输出模块相连接传输脉宽信号数字量信息，分频电路与相位累加器相连传输基准时钟信号。
2.根据权利要求1所述的浅表组织超声热疗系统，其特征是，所述的功率反馈监测回 路用于采集取样高频电功率，该回路包括取样及衰减单元、检波处理单元与脉宽处理单 元，其中取样及衰减单元与功率放大器相连传输电功率值信息，检波处理单元与取样及衰 减单元相连传输衰减后的幅度信息，脉宽处理单元与检波处理单元相连传输脉宽信息，微 控制器与脉宽处理单元相连传输脉宽的数字量信息。
3.根据权利要求2所述的浅表组织超声热疗系统，其特征是，所述的取样及衰减单元 是变压器。
全文摘要
一种生物医学工程技术领域的浅表组织超声热疗系统，包括计算机、微控制器、数字频率合成单元、滤波及前置放大单元、功率放大器、功率反馈监测回路和组合聚焦超声治疗头，其中计算机与微控制器相连，微控制器与数字频率合成单元相连，数字频率合成单元与滤波及前置放大单元相连，滤波及前置放大单元与功率放大器相连，功率放大器与组合聚焦超声治疗头相连，功率反馈监测回路的一端与微控制器相连，功率反馈监测回路的另一端与功率放大器相连。本发明克服了传统超声热疗系统只能凭医生经验来控制治疗效果的不足，可有效地监测和精确地调整高频电功率的数值大小，进而提高了在浅表组织超声热疗过程中的治疗质量。
文档编号A61N7/02GK101837169SQ20101012231
公开日2010年9月22日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者余立立, 惠春 申请人:上海交通大学